UV 경화

제품을 보호하거나 외관을 좋게 하기 위해 코팅을 하거나 인쇄한다.
코팅이나 인쇄 후 잉크를 말리는 데는 코팅액이나 잉크에 섞여 있는 용제(시너, 솔벤트, 물)를 열로 말림으로써 코팅이나 잉크를 건조하는 방법 즉 열 건조 방법이 수백 년간 사용되어 왔다.
그러나 소비자들의 수준은 계속 상승하여, 표면이 잘 긁히지 않는 고 광택의 제품을 원하게 되고 따라서 생산성이 더 높은, 즉 저가에 고품질 제품을 요구함에 따라 열 건조 방법에 의해서는 소비자가 원하는 품질이나 생산성이 높은 제품을 생산할 수 없게 되었다.
기존 열 건조 방법으로는 소비자가 요구하는 품질 수준을 맞추는 것이 불가능하게 되어 새로이 개발된 방법이 UV 잉크를 이용하여 인쇄하거나, UV 코팅하는 법이 독일, 이태리에서부터 개발되었다.
이렇게 UV를 이용하여 인쇄하거나 코팅하는 공법으로 개발된 제품은 표면 경도, 표면 광택, 전기 절연성 등에서 기존의 열 건조 제품에 비해 특성이 더 우수하고, 생산성은 수 배, 수십 배로 높아지고 제품의 부가가치도 30~100% 높아졌다.

예를 들면, 가구를 만든 후 페인트를 칠하여 수 시간~수일 동안 햇볕이 들지 않는 곳에서 건조해서 고급 가구를 만들었고, 그래도 칼처럼 뾰족한 것으로 긁으면 긁혔는데, 고급 가구로 유명한 이태리 친구들은 UV 수지로 가구를 코팅하여 순간적으로 건조하면 가구의 광택이나 표면 경도가 지금까지의 표면 경도보다 훨씬 강하여 아이들이 칼로 긁어도 긁히지 않고, 품질이 더 좋아지는 것을 알게 되었다.
품질이 더 좋아지니 소비자에게도 고급품으로 인정을 받고, 단가도 훨씬 고가로 받을 수 있고, 이러한 이유로 지금은 UV 하이그로시 가구, UV 부엌 가구 등이 본격적으로 생산되고 있다.
이렇게 UV 경화 기술을 이용하여 생산하는 제품은 가구에 그치지 않고, 골드륨, 모노륨, PCB, LCD 등 수많은 제품에서 이용되고 있다.

UV 경화 기술로 개발된 제품은 표면 경도, 표면 광택, 전기 절연성 등에서 기존의 열 건조 제품에 비해 우수한 특성을 가진다는 것이 소비자, 제품 개발 엔지니어, 경영자들에게 인식되면서 UV 경화는 인쇄, 코팅이 필요한 여러 가지 제품 생산에 UV 경화 방법이 도입되고 있고, UV 경화 기술로 생산되는 제품의 수요는 날로 증가하여 세계적으로 매년 12~20% 정도씩 늘어 가고 있다.
오늘날에는 UV 경화기술을 이용한 제품이 인쇄나 코팅 제품에만 그치지 않고, UV의 장점을 이용하는 제품이나 기술이 계속 발전하여 순간적으로 제 품을 접착(BONDING)하는 정밀 접착 분야까지 확대·이용되고 있다.

UV 경화의 원리와 개략적인 특징과 장단점은 다음과 같다.

1. 자외선 경화 원리

자외선 경화형 수지에 미량 들어 있는 광 개시제가 UV를 받으면 광중합 반응이 개시되어 수지의 주성분인 단량체(모노머:Monomer)와 중간체(올리고머:Oligomer)가 순간적으로 중합체(폴리머:Polymer)를 이루어 경화된다.
수지의 주성분인 모노머와 올리고머는 분자량이 낮아 액체인데 비해, 경화된 폴리머는 분자량이 높아 고체 상태(즉 딱딱한 상태)이므로 일반인의 눈에는 액체(코팅용 수지 혹은 잉크)가 순간적으로 경화되어 고체(중합체 : 폴리머)가 된 것으로 보인다.
고분자 화학을 전공하지 않은 일반인이 보기에는 물 같은 액체가 딱딱하게 굳어서 고체로 된 것이 마치 액체 상태의 페인트나 잉크 중의 솔벤트나 시너가 증발하고 말라서 건조된 것처럼 보이므로 UV 경화도 “경화”라는 말 대신 “건조”라고 부르기도 하지만, 정확한 뜻은 “UV 경화”다.

2. 자외선 경화의 특징

① 1~10 이내의 매우 짧은 시간에 완전 경화된다.
② 표면 경도가 높아 스크래치에 강하다.
③ 표면 광택이 좋다.
④ 1액형으로 사용 가능하기 때문에 가사 시간이 길고 취급이 간편하다.
⑤ 내열 온도가 낮은 소재에 적합하다.
(ex) 필름, 비닐, 플라스틱, 합성지, 종이
⑥ 무용제 형 도료로서 공해가 거의 없다.
⑦ 전기 절연 특성이 좋다.
ex) PCB
⑧ 설비비가 비교적 싸고, 좁은 공간에 설치 가능하다.
⑨ 생산성이 크게 향상된다.
⑩ 공해방지, 성력화에 기여한다.

3. UV 경화의 장점

① 저온에서 경화가 가능하다.
-> UV 경화도료는 자외선 조사에 의해 경화되기 때문에 열을 직접 가하지 않는다. 따라서 열가소성 플라스틱, 목재, 종이 등의 가열이 불가능한 소재에도 열 경화형 도료와 동등 이상의 고품질의 도장 혹은 인쇄할 수 있다.

② 경화속도가 빠르다.
-> UV 경화도료의 경화시간은 매우 짧은 시간에 경화되기 때문에, 대형 가열 건조로에서 고온, 장시간을 가열 건조할 필요가 없다.

③ 도료의 성능 및 경화특성이 우수하다.
-> 경도가 높은 도료, 가소성이 풍부한 도료 등 용도에 따라 최적성능을 지니며, 단위 시간에 경화 가능한 도료의 설계가 가능하다.

④ 표면 광택, 경도가 좋다.
-> 제품에 따라 고광택, 무광택, 고경도 도료를 자유롭게 선택할 수 있다.

⑤ 고형분 도료이다.
-> 원칙적으로 고형분이 100%인 도료이기 때문에 용제휘발에 의한 환경오염이 거의 없으며, 후막 도장이 가능하다.

⑥ 에너지가 절감된다.
-> 통상의 가열 건조에 비교하여 에너지 효율이 높고 필요한 시기, 필요한 부분에만 에너지의 투입이 가능하기 때문에 에너지 절감이 가능하다.

⑦ 운전관리가 간단하여 신뢰성이 높다.
-> 스위치의 가동, 중지에 의해 바로 작업의 개시, 정지가 가능하므로 예열 시간 손실이 적고, 고 숙련을 필요로 하지 않는다.

4. UV 경화의 단점

① 도료 가격이 기존 도료에 비해 아직 고가이다.
② 자외선 조사 설비 등이 구비되어야 한다.
③ 평면이 아닌 각진 부분이나, 요철부분의 경화가 어렵다.
④ UV 램프에서 열이 많이 발생하고, 이 열로 인하여 제품의 열 변형이 가장 큰 문제이며, 열 변형 방지가 어렵고, 고비용이 든다.
⑤ 유색인 경우, 경화 속도가 늦다.
⑥ 두께 차이에 따른 경화 속도 차이가 많이 난다.